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超聲波發(fā)生器(或稱功率源)是一種用于產(chǎn)生并向超聲波換能器提供超聲波能量使之工作于諧振頻率的裝置,根據(jù)其激勵(lì)方式可分為兩種:一種是他激式,一種是自激式。他激式超聲波發(fā)生器主要包括兩個(gè)部分:前級(jí)是信號(hào)發(fā)生器,后級(jí)是功率放大器,一般通過(guò)輸出變壓器耦合,將超聲波能量加到超聲波換能器上。自激式超聲波發(fā)生器則將信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、輸出變壓器及超聲波換能器連成一個(gè)整體,構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)回路,使整個(gè)超聲波發(fā)生器通過(guò)幅度、相位反饋,產(chǎn)生足夠的功率,使超聲波換能器自動(dòng)保持諧振在機(jī)械共振頻率上。
隨著科技的日新月異,電力電子器件的發(fā)展非常迅速,迄今為止,已經(jīng)發(fā)展出很多不同原理、不同特性的電力電子器件。一件器件決定一代電力電子技術(shù),超聲波發(fā)生器的發(fā)展同樣離不開電力電子器件的發(fā)展,并在一定程度上是隨著其發(fā)展而發(fā)展的。依據(jù)超聲波發(fā)生器末級(jí)功放管所采用的器件類型,可看出其發(fā)展所經(jīng)歷的幾個(gè)階段:
1.早期的產(chǎn)品是采用電子管,然后發(fā)展到可控硅逆變式超聲波發(fā)生器,它們?nèi)秉c(diǎn)很多,都已經(jīng)被淘汰。
2.晶體管式超聲波發(fā)生器。各種OCL及OTL功放級(jí)電路均適用于超聲波發(fā)生器,其線路成熟,成本較低,但體積大,質(zhì)量重,很難調(diào)整到超聲波換能器頻率諧振點(diǎn)上,輸出功率受功率管限制,不能達(dá)到理想的效果。不易于采用現(xiàn)代的數(shù)字方式來(lái)處理,僅僅在小功率(200W以下)應(yīng)用。
3.功率模塊超聲波發(fā)生器。通過(guò)調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比來(lái)控制輸出的功率,具有功耗低,效率高,體積小,重量輕,可靠性好,易于采用數(shù)字方式控制。根據(jù)功率模塊所采用的開關(guān)管類型主要有以下兩種:
a.使用功率MOS管作為開關(guān)器件,根據(jù)其自身開關(guān),具有以下優(yōu)點(diǎn):開關(guān)頻率高(100KHZ-1MHZ),抗擊穿特性好(沒(méi)有雪崩效應(yīng)),驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單,缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻大,受電流容量的限制,沒(méi)有做到滿功率輸出,輸出功率也就不盡人意,應(yīng)用行業(yè)面不寬。
b.使用IGBT作為開關(guān)器件,它應(yīng)用于開關(guān)頻率在20-50khz,功率較大(1500w以上)的超聲波發(fā)生器中。
下表為超聲波發(fā)生器主要性能特點(diǎn)
電子管式發(fā)生器 | 晶體管式發(fā)生器 | 功率模塊發(fā)生器 | |
線路方式 | 簡(jiǎn)單 | 簡(jiǎn)單 | 比較簡(jiǎn)單 |
體積 | 大 | 中 | 小 |
重量 | 重 | 中 | 輕 |
效率 | 低(40%) | 中(60-70%) | 高(80-90%) |
功率 | 中 | 小 | 大 |
功耗 | 大 | 中 | 小 |
成本 | 低 | 低 | 高 |
自動(dòng)化程度 | 低 | 中 | 高 |
保護(hù)電路 | 簡(jiǎn)單 | 中 | 復(fù)雜 |